5 个版本
| 0.1.4 | 2023年11月25日 |
|---|---|
| 0.1.3 | 2023年11月21日 |
| 0.1.2 | 2023年11月9日 |
| 0.1.1 | 2023年11月8日 |
| 0.1.0 | 2023年11月7日 |
#786 in 加密学
2.5MB
185 行
multimixer-128
Multimixer-128：基于整数乘法的通用密钥哈希
概述
$Multimixer_{128}$ 是一个通用密钥哈希算法，仅基于整数算术（加法和乘法），在论文 https://ia.cr/2023/1357 中提出。
一个密钥哈希函数，接受一个密钥和可变长度的消息作为输入，将其压缩为固定长度的摘要。$Multimixer_{128}$ 论文中提出的密钥哈希方案，接受长度相等的密钥和消息（这意味着如果消息很长，则需要较长的密钥），使得它们是块大小的倍数（= 32 字节）并将它们压缩为 64 字节摘要。它已被证明是一个 ε-∆通用哈希函数，ε = $2^{−127}$。它可以用于消息认证码计算方案的压缩阶段。它也可以用于 Farfalle 构造的压缩阶段——这些构造用于构建牌函数。
由于 $Multimixer_{128}$ 仅基于整数算术，这在大多数处理器上都非常快，因此它在基准测试中显示出相当有希望的结果。请参阅 下面。
您还可以在 下面 找到有关如何开始使用 $Multimixer_{128}$ API 的更多详细信息。
先决条件
Rust 稳定工具链；有关安装指南，请参阅 https://rustup.rs。
# When developing this library, I was using
$ rustc --version
rustc 1.73.0 (cc66ad468 2023-10-03)
[!TIP] 我建议您使用
cargo-criterion来运行基准可执行文件。有关更多信息，请参阅 https://crates.io/crates/cargo-criterion。您只需执行以下命令即可安装它。
cargo install cargo-criterion
测试
为了确保 $Multimixer_{128}$ 的功能正确性和符合规范，即 https://ia.cr/2023/1357（及其参考实现 https://github.com/Parisaa/Multimixer），我使用了由我根据 https://gist.github.com/itzmeanjan/a32eab0244af55eba2847c6472337535 中描述的说明生成的已知答案测试。
cargo test --lib
基准测试
在目标 CPU 上，使用以下命令对公共函数 $f_{128}$ 和 $Multimixer_{128}$ 进行基准测试，输入密钥和消息长度为 32 字节的非零倍数。
[!注意] 在对
x86、x86_64、aarch64或loongarch64目标进行基准测试时，会报告 CPU 周期和周期/字节指标，而对于其他目标，则使用 criterion.rs 的默认墙钟计时器来报告时间和吞吐量。我发现 https://github.com/pornin/crrl/blob/73b33c1efc73d637f3084d197353991a22c10366/benches/util.rs 在基准测试 Rust 函数时获取 CPU 周期非常有用。但我正在使用 criterion.rs 作为基准测试框架，因此我决定使用 https://crates.io/crates/criterion-cycles-per-byte 插件，它更容易集成。但我必须为我的用例对其进行修补，它们位于我criterion-cycles-per-byte分支的add-memfence中（参见我的提交 @ https://github.com/itzmeanjan/criterion-cycles-per-byte/commits/add-memfence ）。
[!注意] 如果您正在 aarch64 目标上运行基准测试，请考虑阅读 https://github.com/itzmeanjan/criterion-cycles-per-byte/blob/d2f5bf8638640962a9b301966dbb3e65fbc6f283/src/lib.rs#L63-L70。
[!警告] 在基准测试时，请确保您已禁用 CPU 频率调整，否则您看到的数字可能会非常误导。我发现 https://github.com/google/benchmark/blob/b40db869/docs/reducing_variance.md 非常有帮助。
# In case you didn't install `cargo-criterion`, you have to run benchmark with
# RUSTFLAGS="-C opt-level=3 -C target-cpu=native" cargo bench --features="internal"
RUSTFLAGS="-C opt-level=3 -C target-cpu=native" cargo criterion --features="internal"
在 12代英特尔(R)酷睿(TM) i7-1260P
f_128/f-128 (cached) time: [6.9927 cycles 7.0443 cycles 7.1069 cycles]
thrpt: [0.2221 cpb 0.2201 cpb 0.2185 cpb]
f_128/f-128 (random) time: [21.1852 cycles 21.3297 cycles 21.4551 cycles]
thrpt: [0.6705 cpb 0.6666 cpb 0.6620 cpb]
multimixer_128/32B key/ msg (cached)
time: [14.0913 cycles 14.1296 cycles 14.1664 cycles]
thrpt: [0.2214 cpb 0.2208 cpb 0.2202 cpb]
multimixer_128/32B key/ msg (random)
time: [63.4513 cycles 63.8913 cycles 64.3942 cycles]
thrpt: [1.0062 cpb 0.9983 cpb 0.9914 cpb]
multimixer_128/128B key/ msg (cached)
time: [42.2552 cycles 42.2975 cycles 42.3421 cycles]
thrpt: [0.1654 cpb 0.1652 cpb 0.1651 cpb]
multimixer_128/128B key/ msg (random)
time: [107.6240 cycles 109.1370 cycles 111.0124 cycles]
thrpt: [0.4336 cpb 0.4263 cpb 0.4204 cpb]
multimixer_128/512B key/ msg (cached)
time: [166.6061 cycles 166.8388 cycles 167.0822 cycles]
thrpt: [0.1632 cpb 0.1629 cpb 0.1627 cpb]
multimixer_128/512B key/ msg (random)
time: [239.1786 cycles 240.4487 cycles 241.9385 cycles]
thrpt: [0.2363 cpb 0.2348 cpb 0.2336 cpb]
multimixer_128/2048B key/ msg (cached)
time: [606.0156 cycles 606.3316 cycles 606.6701 cycles]
thrpt: [0.1481 cpb 0.1480 cpb 0.1480 cpb]
multimixer_128/2048B key/ msg (random)
time: [835.5582 cycles 848.0583 cycles 859.5641 cycles]
thrpt: [0.2099 cpb 0.2070 cpb 0.2040 cpb]
multimixer_128/8192B key/ msg (cached)
time: [2346.9930 cycles 2347.5554 cycles 2348.2118 cycles]
thrpt: [0.1433 cpb 0.1433 cpb 0.1432 cpb]
multimixer_128/8192B key/ msg (random)
time: [2816.3210 cycles 2838.9367 cycles 2859.1557 cycles]
thrpt: [0.1745 cpb 0.1733 cpb 0.1719 cpb]
在 ARM Cortex-A72 即树莓派 4B
f_128/f-128 (cached) time: [33.5869 cycles 33.6835 cycles 33.7842 cycles]
thrpt: [1.0558 cpb 1.0526 cpb 1.0496 cpb]
f_128/f-128 (random) time: [118.9137 cycles 119.6657 cycles 120.5443 cycles]
thrpt: [3.7670 cpb 3.7396 cpb 3.7161 cpb]
multimixer_128/32B key/ msg (cached)
time: [189.0723 cycles 189.1691 cycles 189.2789 cycles]
thrpt: [2.9575 cpb 2.9558 cpb 2.9543 cpb]
multimixer_128/32B key/ msg (random)
time: [433.4768 cycles 436.1863 cycles 438.5723 cycles]
thrpt: [6.8527 cpb 6.8154 cpb 6.7731 cpb]
multimixer_128/128B key/ msg (cached)
time: [699.8622 cycles 699.9601 cycles 700.0751 cycles]
thrpt: [2.7347 cpb 2.7342 cpb 2.7338 cpb]
multimixer_128/128B key/ msg (random)
time: [978.8853 cycles 979.8636 cycles 980.9012 cycles]
thrpt: [3.8316 cpb 3.8276 cpb 3.8238 cpb]
multimixer_128/512B key/ msg (cached)
time: [2742.5257 cycles 2743.5495 cycles 2744.8465 cycles]
thrpt: [2.6805 cpb 2.6792 cpb 2.6782 cpb]
multimixer_128/512B key/ msg (random)
time: [3223.0299 cycles 3228.1490 cycles 3233.4994 cycles]
thrpt: [3.1577 cpb 3.1525 cpb 3.1475 cpb]
multimixer_128/2048B key/ msg (cached)
time: [10932.5461 cycles 10935.6646 cycles 10939.9686 cycles]
thrpt: [2.6709 cpb 2.6698 cpb 2.6691 cpb]
multimixer_128/2048B key/ msg (random)
time: [12448.8476 cycles 12496.1792 cycles 12541.6384 cycles]
thrpt: [3.0619 cpb 3.0508 cpb 3.0393 cpb]
multimixer_128/8192B key/ msg (cached)
time: [44770.5750 cycles 44779.3846 cycles 44790.3585 cycles]
thrpt: [2.7338 cpb 2.7331 cpb 2.7326 cpb]
multimixer_128/8192B key/ msg (random)
time: [45914.0882 cycles 45978.0062 cycles 46044.7573 cycles]
thrpt: [2.8103 cpb 2.8063 cpb 2.8024 cpb]
使用方法
使用 $Multimixer_{128}$ 哈希器 API 非常简单。
- 将
multimixer-128添加到您的项目 Cargo.toml 文件的 [dependencies] 部分。
[dependencies]
multimixer-128 = { git = "https://github.com/itzmeanjan/multimixer-128" }
# or
multimixer-128 = "0.1.4"
# In case you're also interested in using f_128, the public function of multimixer-128,
# enable `internal` feature-gate of this crate.
#
# multimixer-128 = { version = "0.1.4", features = "internal" }
- 获取非零、等长密钥和消息，其字节长度是块大小的倍数（= 32 字节），作为输入。
use multimixer_128;
fn main() {
const BLOCKS: usize = 1;
const MLEN: usize = multimixer_128::BLOCK_SIZE * BLOCKS;
// Beware, this is just an example key !
let key = [0x0fu8; MLEN];
let msg = [0xf0u8; MLEN];
let mut dig = [0u8; multimixer_128::DIGEST_SIZE];
// ...
}
- 给定等长（非零）密钥和消息，计算 64 字节消息摘要。
fn main() {
// ...
multimixer_128::multimixer_128(&key, &msg, &mut dig);
assert_eq!(dig, [1, 0, 0, 0, 254, 255, 255, 255, 1, 0, 0, 0, 254, 255, 255, 255, 1, 0, 0, 0, 254, 255, 255, 255, 1, 0, 0, 0, 254, 255, 255, 255, 9, 0, 0, 0, 250, 255, 255, 255, 9, 0, 0, 0, 250, 255, 255, 255, 9, 0, 0, 0, 250, 255, 255, 255, 9, 0, 0, 0, 250, 255, 255, 255]);
}
我维护了一个示例程序，展示了 $Multimixer_{128}$ API 的使用方法，位于 examples 目录中。
cargo run --example multimixer_128
Key = e02f28d290bd51df3b103396debe7f2ffc90b837588e37b13a7cc8cccce9fa11
Message = 1511ad54daae3df6706e33d9953f5dff4eabb2da85ad1added1aba2e0b571397
Digest = d2324595d842cb028205c1f00328ba760d292a690452726d95728070ee7ff21e8e6af14b1e4c6d15404e709fd1fec952da3e3b7b3fe7d038fca793f3b4d7661a
[!注意] 此库的大部分内部函数都实现为
const fn即编译时可以评估的函数。这就是为什么我还维护另一个示例 f_128.rs，它使用静态断言展示了此库的特性。通过执行以下命令尝试运行示例程序：$ cargo run --example f_128 --features="internal"，您将看到它。